Omjer klipa i hoda – pojam koji se često spominje, ali mnogi ga ne razumiju u potpunosti. U ovom članku saznat ćete što je to, kako utječe na rad motora i na koji način ga možete promijeniti.
Što je omjer klipa i hoda?
Riječ je jednostavno o odnosu između duljine klipnjače (conrod) i hoda radilice (crankshaft stroke). Duljina klipnjače mjeri se od središta velikog kraja (big end) do središta malog kraja (small end). Ta duljina zatim se dijeli s hodom radilice kako bi se dobio omjer.
Primjer:
Pogledajmo standardni Mitsubishi 4G63, koji je dvolitreni četverocilindrični motor. Ovaj motor ima klipnjače duljine 150 mm, dok radilica ostvaruje hod od 88 mm. To znači da omjer klipa i hoda iznosi 1.70.
Kako vidimo, ovaj omjer ovisi o mehaničkom dizajnu motora i na prvi pogled djeluje fiksno. Međutim, to nije nužno slučaj. Kasnije ćemo objasniti na koje načine možete utjecati na ovaj omjer.
Kako omjer klipa i hoda utječe na rad vašeg motora?
Sada znate što je omjer klipne šipke i hoda cilindra… ali što to zapravo znači, koji utjecaj ima na rad vašeg motora? Omjer klipne šipke i hoda cilindra utjecat će na kut između klipne šipke i radilice za određeni okret radilice. Kada povećate duljinu klipne šipke, ovaj kut se smanjuje. Dakle, kako omjer klipne šipke i hoda cilindra raste, kut se smanjuje.
To zauzvrat smanjuje silu potiska između prednje strane klipa i strane cilindra, čime se smanjuju trenje i gubitci, a također se smanjuje trošenje između klipa i stijenke cilindra. Naravno, smanjenje omjera klipne šipke i hoda cilindra ima suprotan učinak jer povećava silu potiska i trenje, što očito nije poželjno, posebno u motorima koji rade na visokim okretajima.
Sljedeće ćemo pogledati kako omjer klipne šipke i hoda cilindra utječe na položaj klipa u ciklusu motora. Ispod je grafikon koji prikazuje graf za klipnu šipku od 100 mm i 500 mm. Iako je klipna šipka od 500 mm prilično nerealistična, koristi se samo kako bi se pokazala razlika. Kao što možete vidjeti, s duljom šipkom, ona ostaje blizu gornje mrtve točke duže nego kraća šipka. Ovo se naziva zadržavanje. Vrijeme zadržavanja oko gornje mrtve točke povećava se kako povećavate omjer šipke i hoda cilindra.
Ovo duže vrijeme zadržavanja ima učinak na poboljšanje punjenja cilindra, osobito pri vrlo visokim okretajima. To znači da je dulji omjer šipke i hoda cilindra prednost u ovom slučaju.
*Položaj klipa / Kut radilice / Duljina šipke
Još jedan učinak promjene omjera šipke i hoda cilindra je ubrzanje klipa. Na donjoj grafici, horizontalna os je položaj u odnosu na ciklus motora, a na vertikalnoj osi prikaz ubrzanja klipa. Prikazane su 3 različite duljine klipnih šipki. Kao i na prethodnoj grafici, klipna šipka od 5000 mm nije moguća i koristi se samo za demonstraciju učinka. Kako omjer šipke i hoda cilindra raste, ubrzanje oko gornje mrtve točke dramatično se smanjuje. To ima smisla ako povežete s prethodnom grafikom. Dulji omjer šipke i hoda cilindra znači više vremena zadržavanja oko gornje mrtve točke, pa će ubrzanje očito biti sporije.
*Ubrzanje klipa / Okret radilice / Duljina šipke
Zbog sporijeg ubrzanja, na vrhu klipa može djelovati veći tlak dok se klip udaljava od gornje mrtve točke. Kada želite postići vršni moment u svom motoru, trebali biste biti zainteresirani za ono što se događa oko 16 – 18 stupnjeva nakon gornje mrtve točke. Ovo je trenutak kada se može postići maksimalna mehanička prednost od tlaka koji djeluje na vrh klipa, a koji se prenosi kroz klipnu šipku u radilicu. Stoga, sporije ubrzanje od gornje mrtve točke, koje se postiže duljim omjerom šipke i hoda cilindra, može vam pružiti prednost.
Kompromisi većeg omjera šipke i hoda cilindra
Do ovog trenutka hvalili smo veći omjer šipke i hoda cilindra. Međutim, nije sve tako idealno. Negativan učinak je što će to biti štetno za moment pri niskim okretajima. To je zato što se brzina zraka koja ulazi u motor smanjuje jer klip sporije ubrzava od gornje mrtve točke. Ako uzmete manji omjer šipke i hoda cilindra, kao što je već spomenuto, klip će brže ubrzati od gornje mrtve točke. To znači da za svaki stupanj okretanja radilice nakon gornje mrtve točke, klip se pomiče dalje niz cilindar, što znači da ste stvorili veći vakuum unutar cilindra koji potiče protok zraka kroz usisni otvor, pored ventila i u cilindar. To znači da se punjenje cilindra pri niskim okretajima zapravo poboljšava manjim omjerom šipke i hoda cilindra. Veća brzina zraka pri niskim okretajima također može pomoći u stvaranju homogenije smjese goriva i zraka.
Kao što možete vidjeti, ne postoji savršen odgovor kada je u pitanju odabir omjera šipke i hoda cilindra. Morate uzeti u obzir raspon okretaja u kojem očekujete da će vaš motor raditi. Veći omjer šipke i hoda cilindra prikladniji je za visoke okretaje. Manji omjer šipke i hoda cilindra bolje je prikladan za niske okretaje. Postoje opća pravila koja se odnose na približne omjere šipke i hoda cilindra koji bi bili poželjni za određeni motor, a to su:
- 7000-8000 okretaja u minuti – Omjer 1.65-1.75
- 5000-6000 okretaja u minuti – Omjer 1.4-1.6
- 12000-15000 okretaja u minuti – Omjer 2.0 +
- Formula 1 ~18000 okretaja u minuti – Omjer ~2.8
Ovi brojevi nikako nisu točni i samo služe da vam daju ideju o onome što možete očekivati.
Izmjene omjera šipke i hoda cilindra
Kako možete napraviti promjene u omjeru šipke i hoda cilindra? Ovo se možda čini teškim ili čak nemogućim, ali postoje načini kako to postići. Ponekad se može napraviti prilično dramatična promjena miješanjem i usklađivanjem dijelova motora te promjenom duljine šipke.
Ako je jedina promjena koju napravite ugradnja duže klipne šipke, vaš će klip probiti gornji dio bloka na gornjoj mrtvoj točki. To možete zaobići na nekoliko načina, ovisno o dizajnu vašeg klipa i opsegu promjene koju želite napraviti na svojoj klipnoj šipki. Jedna opcija je podići osovinu klipa u klipu. Ponekad će to uzrokovati da osovina klipa presijeca prsten za kontrolu ulja. Ne brinite, možete jednostavno ugraditi potpornu šinu koja će podupirati taj prsten. Podizanjem osovine klipa smanjit ćete visinu kompresije klipa, što znači da ćete moći ugraditi dužu klipnu šipku bez da ona izlazi iznad bloka motora na gornjoj mrtvoj točki. Druga opcija je promijeniti blok u onaj s višom visinom vrha. Visina vrha je udaljenost između središnje linije radilice i površine vrha bloka. Ova dodatna visina omogućit će smještaj duže klipne šipke.
Pogledajmo primjer korištenja duže klipne šipke. Kao što je ranije spomenuto, standardni 2-litreni Mitsubishi 4G63 motor ima klipnu šipku duljine 150 milimetara i hod od 88 milimetara, što daje omjer 1.70. Česta modifikacija na ovom motoru je korištenje radilice od 2.4-litrenog 4G64 motora, koja ima hod od 100 milimetara. Ako koristite standardnu klipnu šipku od 150 milimetara s ovom modificiranom radilicom od 100 milimetara, omjer šipke i hoda cilindra smanjuje se na 1.50, što nije idealno ako želite da motor radi na visokim okretajima. Čest način za rješavanje ovog problema je korištenje bloka 4G64, čija je visina vrha 6 milimetara viša od 4G63. Sada biste mogli koristiti klipnu šipku duljine 156 milimetara, što dovodi omjer šipke i hoda cilindra na 1.56. Ovo još uvijek nije savršeno, ali je definitivno poboljšanje uz minimalan trud i trošak.
Druga opcija je korištenje višeg bloka 4G64 u kombinaciji sa standardnom 2-litrenom stroker radilicom. To znači da možete ugraditi klipnu šipku duljine 162 milimetra. To, zajedno s hodom od 88 milimetara, daje omjer šipke i hoda cilindra od 1.84. Ovo je očito bolja kombinacija ako želite da vaš motor radi na vrlo visokim okretajima.
Zaključak
Sada kada znate što je omjer šipke i hoda cilindra i kako utječe na vaš motor, bit ćete puno bolje pripremljeni za promjene duljine šipke, a istovremeno ćete znati što trebate učiniti kako biste prilagodili dodatnu duljinu i izbjegli da vam klipovi izlaze iznad bloka motora.
